中國科學院福建物質結構研究所“功能基元”研究團隊

徐忠寧 姜小明 王明盛 郭國聰

徐光憲先生指出，結構與性能的定量關系規(guī)律是21世紀四大化學難題之一。2001年，中國科學院福建物質結構研究所團隊負責人郭國聰率先提出“功能基元”的學術思想，以期突破此難題。國家自然科學基金委員會和中科院高度重視該學術思想，以其為科學問題和主題，先后立項了2項國家基金委重大研發(fā)計劃項目和1項中科院B類先導專項。團隊提出利用X射線衍射技術研究材料電子結構的研究方案，創(chuàng)新地解決電子結構精修模型的理論問題以及原位、高精度衍射數(shù)據(jù)收集的技術問題，獲得國家重大科研儀器研制項目的資助，使功能基元研究從原子結構層次到電子結構層次的跨越，并首次從實驗上研究了我過所發(fā)明的著名的LBO非線性光學（NLO）晶體在沒有激光和有激光作用下的電子結構變化，揭示其NLO效應的內在起源，相關結果發(fā)表在Angew.Chem.Int.Ed.刊物上，被譽為“milestone progress”，有望實現(xiàn)諾貝爾化學獎和物理獎獲得者Debye和Bragg教授分別在1915年和1922年提出的用X射線衍射技術研究材料電子結構的設想。

以功能基元學術思想為指導，團隊成功地揭示了三種不同類型材料的功能基元及其效應協(xié)同關系，表明功能基元學術思想具有廣泛的適用性，取得系列重要研究成果：（1）通過“發(fā)現(xiàn)-改造-利用”光致變色功能基元的研究思路，揭示光致變色機理、開拓材料新體系、強化性能、產(chǎn)生新應用。近15年，在該領域高影響期刊發(fā)表的原創(chuàng)性論文數(shù)量位居國際第6位、國內首位，其中電子轉移型光致變色的研究論文排在國際首位。（2）采用功能基元的結構設計思路，突破了晶體材料大的NLO效應與高的激光損傷閾值難以兼得的瓶頸，發(fā)現(xiàn)并生長出大尺寸、高性能的中遠紅外NLO晶體—相Ga2S3，突破了2cm生長技術，切出高質量晶片并成功出光，獲得2件授權美國專利和2件授權中國發(fā)明專利。（3）首次揭示了CO直接酯化的催化功能基元：原子級分散的孤立態(tài)Pd活性中心有利于生成碳酸二甲酯，而聚集態(tài)Pd活性中心則有利于生成草酸二甲酯，進一步研發(fā)出具有原創(chuàng)和國際領先水平的CO直接酯化制甲酸甲酯全流程工藝單管技術，已完成單管中試和10萬噸級工業(yè)生產(chǎn)工藝包開發(fā)。該技術已獲得10件授權美國和中國專利，經(jīng)第三方評估作價3600萬元并獲投資方認可入股、企業(yè)投資5400萬元，成立合資公司。

團隊的研究特色是通過理論研究創(chuàng)新和儀器研制創(chuàng)新，帶動技術難題的解決，形成成套技術，并應用于生產(chǎn)中，很好地實踐了習近平總書記提出“把論文寫在祖國的大地上”的號召。